[0001] 本申请涉及手势检测技术领域，特别是涉及一种手势检测系统及电子设备。

[0002] 手势检测广泛应用于人机交互、视频监控、游戏和健康监测等场景；是计算机视觉领域的一个重要应用。

[0003] 现有的学习机和课堂大屏等电子设备的手势检测是通过电子设备的前置摄像头等传感器实现，摄像头通过图像特征判定用户的动作与手势，摄像头可以实时捕获当前屏幕前的场景特征，对使用者的手势做出判断。然而，摄像头等传感器通过图像特征来判定手势的方案，摄像头等传感器的FOV(Field of Vision，视场角)有限，在多人使用学习机、课堂大屏等电子设备时，可能会存在部分角度拍摄不到的问题，难以准确对所有人的手势进行检测。实用新型内容

[0004] 本申请主要解决的技术问题是提供一种手势检测系统及电子设备，以能在大范围内实现多人的手势检测。

[0005] 为解决上述技术问题，本申请采用的第一个技术方案是提供一种手势检测系统，该手势检测系统包括发射单元、收发单元及处理单元。其中，所述发射单元的发射面为半球形，用于向四周发射超声波；若干收发单元，所述收发单元阵列排布且环绕所述发射单元设置；其中，所述收发单元用于接收超声波被人体反射后的回波信号；处理单元，包括相互耦接的识别电路和驱动电路，所述识别电路与各所述收发单元耦接；所述驱动电路连接所述发射单元以及各所述收发单元，用于接收所述回波信号，通过所述回波信号触发生成驱动信号，驱动所述发射单元和各所述收发单元向所述回波信号对应的目标的方位进行聚焦超声波并聚焦扫描；所述收发单元还用于接收聚焦的超声波被反射后的反射信号，所述识别电路用于对所述反射信号进行分类，其中，所述识别电路的分类结果表征所述目标的手掌位置以及手势动作。

[0006] 在一种可能的实施方式中，所述发射单元还包括底面，所述底面为平面，与所述发射面形成半球形结构；各所述收发单元与所述底面设置在同一平面上。

[0007] 在一种可能的实施方式中，所述发射单元包括发射超声转换器，所述发射超声转换器的超声波发射面为半球面；所述收发单元包括收发超声转换器。

[0008] 在一种可能的实施方式中，所述处理单元还包括：信号延迟单元，所述信号延迟单元连接各所述收发单元以及所述驱动电路；若干所述收发单元划分为多组阵列单元，在所述目标为多个时分别向多个所述目标的方位中的一个方位聚焦超声波；其中，所述信号延迟单元用于对同一阵列单元发射给该方位的超声波进行时间补偿，使驱动电路接收到的同一组阵列单元对应的反射信号为同步信号；所述识别电路分别对同一组阵列单元对应的反射信号进行分类，得到多个所述目标的手掌位置以及手势动作。

[0009] 在一种可能的实施方式中，所述信号延迟单元包括：延迟计算器，所述延迟计算器与各所述收发单元以及发射单元连接，用于采集所述发射单元与各组阵列单元对应方位的距离，得到各收发单元的补偿延迟时间；激励发生器，与所述延迟计算连接器，用于对所述延迟计算器发出的补偿延迟时间信号进行放大；信号延迟电路，与所述驱动电路以及所述激励发生器连接，用于按照所述补偿延迟时间信号对同一组阵列单元发射超声波进行延时补偿。

[0010] 在一种可能的实施方式中，所述识别电路还包括：比较器，与各所述收发单元耦接，所述比较器用于接收所述反射信号，并根据所述反射信号识别手势以及在所述反射信号变化时识别手势的变化。

[0011] 在一种可能的实施方式中，所述比较器包括：信号相加电路；所述信号相加电路连接所述信号延迟电路；所述信号相加电路用于对同一组阵列单元对应的反射信号进行累加；比较电路，所述比较电路连接所述信号相加电路，用于根据累加后的反射信号得到所述目标的手掌位置以及手势动作。

[0012] 在一种可能的实施方式中，所述处理单元还包括：存储单元，所述存储单元连接所述比较器，所述存储单元存储有若干不同手势对应的反射信号样本，所示比较器通过比较接收到的所述反射信号与所述反射信号样本识别手势。

[0013] 在一种可能的实施方式中，所述处理单元还包括:信号放大器电路，所述信号放大器电路连接各所述收发单元，所述信号放大器电路用于对所述回波信号和所述反射信号进行放大处理；所述识别电路用于对放大后的反射信号进行分类。

[0014] 为解决上述技术问题，本申请采用的第二个技术方案是提供一种电子设备，该电子设备包括上述任一项所述的手势检测系统，所述电子设备还包括：设备主体，所述设备主体包括壳体，所述发射单元与所述收发单元设置于所述壳体表面的面壳，所述处理单元设置于所述壳体内部。

[0015] 本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供一种手势检测系统及电子设备。手势检测系统包括发射单元、收发单元及处理单元。处理单元，包括相互耦接的识别电路和驱动电路，识别电路与各收发单元耦接；驱动电路连接发射单元以及各收发单元，用于接收回波信号，通过回波信号触发生成驱动信号，驱动发射单元和各收发单元向回波信号对应的目标的方位进行聚焦超声波并聚焦扫描；收发单元还用于接收聚焦的超声波被反射后的反射信号，识别电路用于对反射信号进行分类，其中，识别电路的分类结果表征目标的手掌位置以及手势动作。上述，设置有发射面为半球形的发射单元以及环绕发射单元的若干收发单元，发射面为半球形的设计使得发射单元的FOV能做到更大，可以向各个方位发射超声波，能在大范围内对所有人的手势进行检测。另外设置处理单元控制聚焦超声波来进行手势检测，使得手势检测结果时效性高，手势检测更精确。

[0021] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

[0022] 在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

[0023] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0024] 应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0025] 现有的手势检测通过摄像头等传感器进行图像特征检测，摄像头等传感器的FOV有限，难以准确在大范围内实现多人的手势检测。

[0026] 基于上述问题，本申请提出了一种手势检测系统及电子设备，通过设置发射单元的发射面为半球形、环绕发射单元的收发单元阵列，通过聚焦超声波来检测手势，能有效解决上述问题。

[0027] 下面结合附图和实施例对本申请提供的一种手势检测系统及电子设备进行详细描述。

[0028] 本申请提供了一种手势检测系统。请参阅图1至图3，图1是本申请手势检测系统一实施例的结构框图；图2是图1手势检测系统中处理单元一实施例的结构框图；图3是图1手势检测系统一实施例的结构示意图。在一个具体的实施例中，本申请的手势检测系统100包括发射单元10、收发单元20及处理单元30。

[0029] 发射单元10的发射面为半球形，用于向四周发射超声波。若干收发单元20，收发单元20阵列排布且环绕发射单元10设置。其中，收发单元20用于接收超声波被人体反射后的回波信号。处理单元30包括相互耦接的识别电路(未标示)和驱动电路320，识别电路与各收发单元20耦接。驱动电路320连接发射单元10以及各收发单元20，用于接收回波信号，通过回波信号触发生成驱动信号，驱动发射单元10和各收发单元20向回波信号对应的目标的方位进行聚焦超声波并聚焦扫描。收发单元20还用于接收聚焦的超声波被反射后的反射信号，识别电路用于对反射信号进行分类，其中，识别电路的分类结果表征目标的手掌位置以及手势动作。具体地，摄像头等传感器获取图像特征进行手势检测的方案，摄像头等传感器FOV有限，存在部分角度拍摄不到的问题，且在光线较暗的场景中，容易手势漏检和检测出错。在本实施例中，通过设置发射单元10和收发单元20利用超声波来进行手势检测，发射单元10与收发单元20均能发射超声波，收发单元20还能接收超声波。超声波具有方向性强的特点，本实施方式中，将发射单元10的发射面设计成半球形，半球形的构造使发射单元10能具有最大达到180度的FOV，保证发射单元10能向四周的各个角度定向发射超声波，避免了FOV限制造成的拍摄检测区域有限，多人检测容易漏检的问题，且利用超声波进行手势检测在光线较暗场景仍能保证准确检测手势。

[0030] 其中，收发单元20设置有若干个，呈阵列排布且环绕发射单元10设置。具体地，该设置的目的是使发射单元10发射的超声波被人反射后的回波信号，向任意方向反射的回波信号均能被发射单元10接收到。在本实施方式中，若干收发单元20在发射单元10的各侧呈多行多列排布。在一些其他实施方式中，若干收发单元20也能呈多层圆环形环绕发射单元10设置，具体的布置方式不作具体限定。

[0031] 其中，收发单元20接收到人反射的回波信号后，将回波信号传递给处理单元30，处理单元30用于接收到回波信号后判断人的大致方位，例如，当处理单元30接收到一个区域反射的回波信号时，则手势检测系统100前存在一个人，当处理单元30接收到多个区域反射的回波信号时，则手势检测系统100前存在多个人。当处理单元30未接收到回波信号时，则手势检测系统100前不存在人。其中，处理单元30还能通过接收到的回波信号判断人体的大致方位，判断方式例如为：不同区域的人在会将发射单元10发射的超声波向不同方向反射，由不同的收发单元20接收到，可以根据由那个收发单元20接收到回波信号来判断人体方位。本实施例中，处理单元30可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，集成有若干不同功能的电路结构。处理单元30还可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路等其他能接收处理信号并生成对应控制信号的器件，不作具体限定。

[0032] 处理单元30确定人体大致方位后，处理单元30通过回波信号触发生成驱动信号，驱动发射单元10和各收发单元20向回波信号对应的目标的方位进行聚焦超声波并聚焦扫描。在聚焦扫描过程中，能确定人的手掌位置，处理单元30可以通过聚焦超声波被反射后的反射信号进行手势检测，其中，收发单元20还用于接收聚焦的超声波被反射后的反射信号，识别电路用于对反射信号进行分类，其中，识别电路的分类结果表征目标的手掌位置以及手势动作。聚焦超声波指驱动电路320通过驱动信号驱动发射单元10和收发单元20向一个方位发射超声波，聚焦的超声波具有高精度、非破坏性、传播速度快的特点，通过识别聚焦的超声波被反射后的反射信号来表征检测手势，使得检测结果时效性高、更精确、可靠性高。

[0033] 区别于现有技术，本申请提出一种手势检测系统100，该手势检测系统100设置有发射面为半球形的发射单元10以及环绕发射单元10的若干收发单元20，发射面为半球形的设计使得发射单元10的FOV能做到更大，可以向各个方位发射超声波，能在大范围内对所有人的手势进行检测。另外设置处理单元30控制聚焦超声波来进行手势检测，使得手势检测结果时效性高，手势检测更精确。

[0034] 在本实施例中，发射单元10还包括底面，底面为平面，与发射面形成半球形结构。各收发单元20与底面设置在同一平面上。具体地，将收发单元20与发射单元10设置在同一平面，以使发射单元10发射的超声波被反射后能更好被收发单元20接收。请结合参阅图3，在本实施例中，手势检测系统100还包括载板40，发射单元10与各收发单元20设置在载板40的同一表面，各收发单元20间隔且环绕发射单元10设置，半球形结构的发射单元10能向各个方位发射超声波，最大能使FOV达到180度，能对区域内的多人手势进行检测。载板40内部还埋设有处理单元30，处理单元30与载板40外的发射单元10及各收发单元20通过载板40内制作的图形线路连接。在本实施例中，发射单元10设置为半球形，其发射面为半球面，在一优选实施例中，各收发单元20也能设置成半球形，使收发单元20的收发面也为半球面，从而使各收发单元20能接收到各方向上反射回来的超声波，以及各收发单元20能向各个方位发射超声波。

[0035] 进一步地，在本实施例中发射单元10包括发射超声转换器，发射超声转换器的超声波发射面为半球面。收发单元20包括收发超声转换器。具体地，超声转换器是将电能转换为声能的装置，在运行中起到发射和接收超声波的作用。其中，发射超声转换器能发射超能波，收发超声转换器既能发射超声波，也能接收超声波。超声转换器在发射超声波时，将电信号转化为机械电动，进而产生并发射超声波。在本实施例中，发射单元10与收发单元20是通过超声转换器产生并发射超声波，在一些其他实施例中，发射单元10与收发单元20还能设置超声传感器，通过超声传感器内部的换能晶片受到电压的激励而振动产生超声波，不作具体限定。

[0036] 进一步地，超声波与聚焦的超声波被反射后的回波信号与反射信号仍为声波信号，为使处理单元30能对其进行识别处理，本实施例中，收发单元20为收发超声转换器，其还能将回波信号与反射信号转换为电信号后再传递至处理单元30。

[0037] 进一步地，在本实施例中，在处理单元30接收到回波信号确定区域内有人体时，驱动电路320才驱动发射单元10与各收发单元20向回波信号对应的目标方位进行聚焦超声波，在未接收到回波信号时不聚焦超声波，有效降低了功耗。

[0038] 进一步地，在本实施例中，处理单元30还包括信号放大器电路310，信号放大器电路310连接各收发单元20，信号放大器电路310还连接识别电路，信号放大器电路310还连接驱动电路320。具体地，信号放大器电路310用于对回波信号以及反射信号进行不失真的放大处理。超声波以及聚焦的超声波在反射时会有损失，导致容易由于收发单元20接收到的回波信号与反射信号较微弱而造成手势检测不灵的问题，设置信号放大器电路310能有效解决上述问题。

[0039] 在本实施例中，处理单元30还包括：信号延迟单元330，信号延迟单元330连接各收发单元20以及驱动电路320。若干收发单元20划分为多组阵列单元，在目标为多个时分别向多个目标的方位中的一个方位聚焦超声波。其中，信号延迟单元330用于对同一阵列单元发射给该方位的超声波进行时间补偿，使驱动电路320接收到的同一组阵列单元对应的反射信号为同步信号。识别电路分别对同一组阵列单元对应的反射信号进行分类，得到多个目标的手掌位置以及手势动作。具体地，当多个区域均存在人体时，向多个方位聚焦超声波，发射单元10向各个区域的手掌均发射超声波，存在手掌的区域附近的收发单元20为一组阵列单元，同一组阵列单元以及发射单元10向该区域的手掌聚焦超声波，由于各个区域与发射单元10的远近不同，发射单元10发射的超声波传递至各区域手掌的时间不同，传递至手掌上的源于发射单元10的超声波以及阵列单元的超声波需要同时到达才能根据聚焦超声对手掌手势进行实时有效检测。为此，设置信号延迟单元330对各组阵列单元发送超声波进行时间补偿，在本实施方式中，距离发射单元10越远区域的阵列单元延迟补偿时间越大，以使阵列单元和发射单元10发送至目标方位的超声波同时到达。

[0040] 进一步地，在本实施例中，信号延迟单元330包括：延迟计算器331，延迟计算器331与各收发单元20以及发射单元10连接，用于采集发射单元10与各组阵列单元对应方位的距离，得到各收发单元20的补偿延迟时间。激励发生器332，与延迟计算连接器，用于对延迟计算器331发出的补偿延迟时间信号进行放大。信号延迟电路333，与驱动电路320以及激励发生器332连接，用于按照补偿延迟时间信号对同一组阵列单元发射超声波进行延时补偿。

[0041] 在本实施例中，识别电路还包括比较器340，比较器340与各收发单元20耦接，比较器340用于接收反射信号，并根据反射信号识别手势以及在反射信号变化时识别手势的变化。具体地，比较器340根据接收到的反射信号来进行手势检测，在一具体实施方式中，比较器340还会接收到回波信号，比较器340还会比较回波信号的强度是否达到阈值来判断是否有人，若比较器340能接收到回波信号，但回波信号达不到阈值，则仍然判断区域不存在人体。进一步地，在本实施例中，比较器340包括：信号相加电路341。信号相加电路341连接信号延迟电路333。信号相加电路341用于对同一组阵列单元对应的反射信号进行累加。比较电路342，比较电路342连接信号相加电路341，用于根据累加后的反射信号得到目标的手掌位置以及手势动作。

[0042] 在本实施例中，处理单元30还包括存储单元350，存储单元350连接所述比较器340，所述存储单元350存储有若干不同手势对应的反射信号样本，所示比较器340通过比较接收到的所述反射信号与所述反射信号样本识别手势。

[0043] 区别于现有技术，本申请提出一种手势检测系统100，该手势检测系统100设置有发射面为半球形的发射单元10以及环绕发射单元10的若干收发单元20，发射面为半球形的设计使得发射单元10的FOV能做到更大，可以向各个方位发射超声波，不存在部分区域检测不到手势的问题。另外设置处理单元30控制聚焦超声波来进行手势检测，使得手势检测结果时效性高，手势检测更精确。

[0044] 对应地，本申请还提出一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例描述的手势检测系统，电子设备还包括设备主体，设备主体包括壳体，发射单元与收发单元设置于壳体表面的面壳，处理单元设置于壳体内部。具体地，该电子设备具体可以为学习机和大屏产品等，将发射单元与收发单元设置在电子设备的屏幕周边的壳体上，用于判断屏幕前的人体手势变化，能大幅提升手势识别的FOV。

[0045] 以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效原理变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。